第四章 网络寻址
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子网掩码是32类地址使用默认子网掩码255000若采用斜线记法则类地址使用默认掩码25525500即16类地址使用默认掩码2552552550即24表示子网掩码中代表地址网络部分的位数
第四章 网络寻址 钟容江
本章目标
• 了解IP地址的分类
• 了解子网掩码的作用
• 熟练子网运算操作
• 了解地址的分类
IP 地址将分配给连接到主机上的网 络接口。此接口通常指设备中安装的网 络接口卡 (NIC)。具有网络接口的最终用 户设备包括工作站、服务器、网络打印 机和 IP 电话等。某些服务器可以有多块 网卡，其中每块网卡都有各自的 IP 地址。 协助 IP 网络连接的路由器接口也需具有 IP 地址。
通过 Internet 发送的每个数据包都 有源 IP 地址和目的 IP 地址。网络设备 必须了解这些参数，才能确保信息到达 目的设备，并确保所有应答都能返回源 设备。
3. 家庭和小型企业网络一般使用单一的 C 类 私有地址，最多可容纳 254 台主机。
任何规模的组织均可在内部使用一个 A 类 网络、16 个 B 类网络或 256 个 C 类网络。 一般而言，许多组织使用的都是 A 类私有网络。
4.2.6 公有和私有IP地址
只要组织中的主机不与 Internet 直接连接，这些主 机就可以在内部使用私有地 址。因此，多个组织可以使 用相同的私有地址集。私有 地址不能在 Internet 上路由， 因此会被 ISP 的路由器阻挡。
2. 为主机配置 IP 地址时，输入的 IP 地址是十进制数字，如 192.168.1.5。如果您必须输入此十进制数字的 32 位二进制表示方 式，结果将是：11000000101010000000000100000101。在输 入时只要其中某一位出错，结果就会变成完全不同的另一个地址，主 机也就可能无法在网络中通信。
4.3.4 组播
组播
1. 组播地址允许源设备向一组设备 发送数据包。 2. 属于某一组播组的设备都指派有 该组播组 IP 地址。组播地址的范围 为 224.0.0.0 到 239.255.255.255。 由于组播地址代表一组地址（有时称 为主机组），因此只能用作数据包的 目的地址。源地址始终为单播地址。 3. 远程游戏就是一个需要使用组播 地址的例子，其中有许多玩家通过远 程连接来玩同一个游戏。另一例子是 通过视频会议进行远程教学，许多学 生连接到同一个教室。 4. 如同单播或广播地址一样，组播 IP 地址也需要相应的组播 MAC 地 址才能在本地网络中实际传送帧。组 播 MAC 地址是一个特殊的十六进制 数值，以 01-00-5E 开头。然后将 IP 组播组地址的低 23 位换算成以 太网地址中剩余的 6 个十六进制字 符，作为组播 MAC 地址的结尾。如 图中例子所示，换算得出十六进制的 01-00-5E-0F-64-C5。每个十六进 制字符均为 4 个二进制位。
4.2.8 子网掩码
4.2.9 子网计算
4.2.10 子网计算
4.2.11 基本子网划分过程
使用分层编址方案时，只需查看 IP 地址和斜线记法 (/x) 的子网掩码便可确定大量信息。例如，IP 地址 192.168.1.75 /26 展示了以下信息： 十进制子网掩码 /26 可转换为子网掩码 255.255.255.192。 创建的子网数 假设我们是对默认子网掩码 /24 划分的子网，那么我们借用了 2 个额外的主机位用于网络部分。从而创建了 4 个子网 (2^2 = 4)。 每个子网的可用主机数 主机部分占 6 位，因此每个子网可容纳 62 台主机 (2^6 = 64 - 2 = 62)。 网络地址 使用子网掩码确定网络位后，网络地址也就随之得出。在本例中，其值是 192.168.1.64。 第一个可用主机地址 主机的主机位不能全部为 0，否则便是代表的子网的网络地址。因此，.64 子网内的第一个可用主机地址是 .65。 广播地址 主机的主机位不能全部为 1，否则便是代表的子网的广播地址。在本例中，广播地址是 .127。从 .128 开始便 是下一个子网。
4.1.2 IP地址的结构
1. IP 地址就是 32 个二进制位（一和零）的数字串。二进制 IP 地址 非常难于阅读。为此，人们以 8 个位为一组（称为一个八位字节）， 将这 32 个位划分为四个八位字节。同样，以这种格式表示的 IP 地 址也难于阅读和记忆。为了使 IP 地址更易于理解，人们就将每个八 位字节表示为其十进制数值，并以小数点或句号加以分隔。这称为点 分十进制记法。
4.2.3 IP地址类和默认子网掩码
1. 2. IP 地址和子网掩码共同确定了 IP 地址中代表网络地址的部分和代表主机地址的部分。 IP 地址划分为 5 类。A 类、B 类和 C 类是商业类地址，可分配给主机。D 类保留供组播 使用，而 E 类则用于实验用途。 C 类地址使用三个八位字节表示网络部分，一个表示主机。默认子网掩码为 24 位 (255.255.255.0)。C 类地址通常分配给小型网络。 B 类地址使用两个八位字节代表网络部分，另两个代表主机。默认子网掩码为 16 位 (255.255.0.0)。这些地址一般用于中型网络。 A 类地址仅以一个八位字节代表网络部分，其余三个代表主机。默认子网掩码为 8 位 (255.0.0.0)。这些地址一般分配给大型组织。 通过首个八位字节的值，就可以确定地址的类别。举例而言，如果 IP 地址的首个八位字 节的值介于 192 和 223 之间，它就应该归为 C 类地址。例如，200.14.193.67 就是 C 类地址。
4.1.5 IP地址的结构
4.2.1 IP地址的组成部分
32 位逻辑 IP 地址具有层次 性，由两个部分组成。第一部分 标识网络，第二部分则标识网络 中的主机。这两部分在 IP 地址 中缺一不可。
以 IP 地址192.168.18.57 的主机为例，前三个八位字节 (192.168.18) 标识该地址的网络 部分，最后一个八位字节 (57) 标 识主机。这称为分层寻址 — 网 络部分表明了每个唯一的主机地 址位于哪个网络中。路由器只需 知道如何到达每个网络，而不需 要知道每台主机的位置。
4.3.2 广播
广播
1. 发送广播时，数据包以主机部分 全部为一 (1) 的地址作为目的 IP 地 址。这表示本地网络（广播域）中的 所有主机都将接收和查看该数据包。 ARP 和 DHCP 等许多网络协议都使 用广播。 2. C 类网络 192.168.1.0 的默认 子网掩码为 255.255.255.0，其广 播地址为 192.168.1.255。主机部 分为十进制数值 255 或二进制数值 11111111（全部为 1）。 3. B 类网络 172.16.0.0 的默认子 网掩码为 255.255.0.0，其广播地 址为 172.16.255.255。 4. A 类网络 10.0.0.0 的默认子网 掩码为 255.0.0.0，其广播地址为 10.255.255.255。 5. 网络的广播 IP 地址需要在以太 网帧中包含相应的广播 MAC 地址。 在以太网中，广播 MAC 地址长 48 位，全部为一，以十六进制显示时则 为 FF-FF-FF-FF-FF-FF。
3.
4.
5.
6.
4.2.4 IP地址类和默认子网掩码
4.2.5 公有和私有IP地址
直接连接到 Internet 的所有主机都需要唯 一的公有 IP 地址。由于可用的 32 位地址数量 有限，因此存在 IP 地址分配殆尽的风险。解决 此问题的一个办法是保留一些私有地址，仅供 组织在内部使用。这样，组织内部的主机无需 唯一的公有 IP 地址就能够相互通信。 RFC 1918 标准在 A、B 和 C 类每个类别 中都保留数个地址范围。如表所示，这些私有 地址范围包含一个 A 类网络、16 个 B 类网络 和 256 个 C 类网络。这为网络管理员分配内 部地址提供了极大的灵活性。 1. 规模非常大的网络可以使用 A 类私有网络， 可容纳 1600 万以上的私有地址。 2. 中型网络可以使用 B 类私有网络，提供的 地址超过 65,000 个。
分层网络的另一个例子是电 话系统。电话号码中的国家代码、 地区代码和交换局代表网络地址， 而其余的数字则代表本地的电话 号码。
4.2.2 IP地址与子网掩码
1. 每个 IP 地址都有两个部分。主机如 何知道哪个部分是网络，哪个部分是主 机？这项工作由子网掩码负责。
2. 在配置 IP 主机时，要随 IP 地址设 置子网掩码。与 IP 地址一样，子网掩 码的长度也是 32 位。子网掩码用于表 明 IP 地址的哪一部分代表网络，哪一 部分代表主机。 3. 子网掩码从左至右依次与 IP 地址逐 位对比。子网掩码中的 1 代表网络部分； 而 0 则代表主机部分。在示例中，前三 个八位字节代表网络，最后一个八位字 节代表主机。 4. 当主机发送数据包时，会拿子网掩 码与自身 IP 地址和目的 IP 地址进行比 较。如果网络部分的各个位相符，表示 源主机和目的主机位于同一网络中，因 此数据包只需在本地传送。 如果不相符， 则发送方主机会将数据包转发到本地路 由器接口，再由其转发到其它网络。
3. 32 位 IP 地址由网际协议第 4 版 (IPv4) 定义，它是目前 Internet 上最为通用的 IP 地址形式。使用 32 位地址分配方案可产生超过 40 亿个 IP 地址。
4.1.3 IP地址的结构
4.1.4 IP地址的结构
1. 当主机接收到 IP 地址时，它看到的就是网卡接收到的 32 位二进制 数值。而另一方面，人们需要将这些 32 位二进制数值转换为十进制表 示的四个八位字节。每个八位字节有 8 个位，每个位都有一个值。这 些八位字节具有相同的取值范围。其中，最右边一位的值为 1，其它各 位的值从右至左分别为 2、4、8、16、32、64 和 128。 2. 通过累加二进制值为 1 的所有位的值，就可以确定一个八位字节的 数值。 3. 如果某个位的二进制值为 0，则不计入该位的值。 4. 如果所有 8 个位均为 0，则此八位字节（00000000）的数值为 0。 5. 如果 8 个位全为 1，则此八位字节（11111111）的数值为 255 (128+64+32+16+8+4+2+1)。 6. 如果是 8 位混合数值，如 00100111，该八位字节的数值为 39 (32+4+2+1)。 7. 由此可见，在四个八位字节中，每一个数值的范围都是从最小值 0 到最大值 255。
• 了解NAT
本章内容
• 4.1 IP地址的作用
• 4.2 IP地址的结构
• 4.3 单播 广播 组播
• 4.4 网络地址分配
4.1.1 IP地址的作用
主机需要 IP 地址才能加入 Internet。 IP 地址是用于标识特定主机的逻辑网址。 为了与 Internet 上的其它设备进行通信， 它必须配置正确并且唯一。
由于私有地址只在本地网 络中可见，外部人员无法直 接访问私有 IP 地址，因此使 用它们可以作为一种安全措 施。 还有一些私有地址可用于 进行设备的诊断测试。此类 私有地址称为环回地址。A 类 127.0.0.0 网络就是保留 用作环回地址的。
4.2.7 子网掩码
• 要通过子网划分来创建分层设计，关键是对子网掩码的结构有 着清晰的了解。 • 子网掩码指示主机是否位于同一网络中。子网掩码是 32 位的 值，用于区分网络位和主机位。它由一串字符 1 后跟一串字符 0 组成。值为 1 的位代表网络部分，为 0 的位代表主机部分。 • A 类地址使用默认子网掩码 255.0.0.0（若采用斜线记法，则 是 /8） • B 类地址使用默认掩码 255.255.0.0（即 /16） • C 类地址使用默认掩码 255.255.255.0（即 /24） • /x 表示子网掩码中代表地址网络部分的位数。
4.2.12 基本子网划分过程
4.3.1 单播 广播 组播
除了地址类别外，我们 还将 IP 地址归类为单播、 广播或组播。主机可以使用 IP 地址进行一对一（单 播）、一对多（组播）或一 对所有（广播）通信。
单播
1. 单播地址是 IP 网络中 最常见的类型。含单播目的 地址的数据包，其预定的接 收方是特定的主机。例如： IP 地址为 192.168.1.5 （源地址）的主机向 IP 地 址为 192.168.1.200（目 的地址）的服务器请求网页。 2. 要传送和接收单播数据 包，目的 IP 地址必须包含 于 IP 包报头中。相应的目 的 MAC 地址也必须出现于 以太网帧报头中。只有 IP 地址和 MAC 地址相结合。 才能将数据传送到特定的目 的主机。
第四章 网络寻址 钟容江
本章目标
• 了解IP地址的分类
• 了解子网掩码的作用
• 熟练子网运算操作
• 了解地址的分类
IP 地址将分配给连接到主机上的网 络接口。此接口通常指设备中安装的网 络接口卡 (NIC)。具有网络接口的最终用 户设备包括工作站、服务器、网络打印 机和 IP 电话等。某些服务器可以有多块 网卡，其中每块网卡都有各自的 IP 地址。 协助 IP 网络连接的路由器接口也需具有 IP 地址。
通过 Internet 发送的每个数据包都 有源 IP 地址和目的 IP 地址。网络设备 必须了解这些参数，才能确保信息到达 目的设备，并确保所有应答都能返回源 设备。
3. 家庭和小型企业网络一般使用单一的 C 类 私有地址，最多可容纳 254 台主机。
任何规模的组织均可在内部使用一个 A 类 网络、16 个 B 类网络或 256 个 C 类网络。 一般而言，许多组织使用的都是 A 类私有网络。
4.2.6 公有和私有IP地址
只要组织中的主机不与 Internet 直接连接，这些主 机就可以在内部使用私有地 址。因此，多个组织可以使 用相同的私有地址集。私有 地址不能在 Internet 上路由， 因此会被 ISP 的路由器阻挡。
2. 为主机配置 IP 地址时，输入的 IP 地址是十进制数字，如 192.168.1.5。如果您必须输入此十进制数字的 32 位二进制表示方 式，结果将是：11000000101010000000000100000101。在输 入时只要其中某一位出错，结果就会变成完全不同的另一个地址，主 机也就可能无法在网络中通信。
4.3.4 组播
组播
1. 组播地址允许源设备向一组设备 发送数据包。 2. 属于某一组播组的设备都指派有 该组播组 IP 地址。组播地址的范围 为 224.0.0.0 到 239.255.255.255。 由于组播地址代表一组地址（有时称 为主机组），因此只能用作数据包的 目的地址。源地址始终为单播地址。 3. 远程游戏就是一个需要使用组播 地址的例子，其中有许多玩家通过远 程连接来玩同一个游戏。另一例子是 通过视频会议进行远程教学，许多学 生连接到同一个教室。 4. 如同单播或广播地址一样，组播 IP 地址也需要相应的组播 MAC 地 址才能在本地网络中实际传送帧。组 播 MAC 地址是一个特殊的十六进制 数值，以 01-00-5E 开头。然后将 IP 组播组地址的低 23 位换算成以 太网地址中剩余的 6 个十六进制字 符，作为组播 MAC 地址的结尾。如 图中例子所示，换算得出十六进制的 01-00-5E-0F-64-C5。每个十六进 制字符均为 4 个二进制位。
4.2.8 子网掩码
4.2.9 子网计算
4.2.10 子网计算
4.2.11 基本子网划分过程
使用分层编址方案时，只需查看 IP 地址和斜线记法 (/x) 的子网掩码便可确定大量信息。例如，IP 地址 192.168.1.75 /26 展示了以下信息： 十进制子网掩码 /26 可转换为子网掩码 255.255.255.192。 创建的子网数 假设我们是对默认子网掩码 /24 划分的子网，那么我们借用了 2 个额外的主机位用于网络部分。从而创建了 4 个子网 (2^2 = 4)。 每个子网的可用主机数 主机部分占 6 位，因此每个子网可容纳 62 台主机 (2^6 = 64 - 2 = 62)。 网络地址 使用子网掩码确定网络位后，网络地址也就随之得出。在本例中，其值是 192.168.1.64。 第一个可用主机地址 主机的主机位不能全部为 0，否则便是代表的子网的网络地址。因此，.64 子网内的第一个可用主机地址是 .65。 广播地址 主机的主机位不能全部为 1，否则便是代表的子网的广播地址。在本例中，广播地址是 .127。从 .128 开始便 是下一个子网。
4.1.2 IP地址的结构
1. IP 地址就是 32 个二进制位（一和零）的数字串。二进制 IP 地址 非常难于阅读。为此，人们以 8 个位为一组（称为一个八位字节）， 将这 32 个位划分为四个八位字节。同样，以这种格式表示的 IP 地 址也难于阅读和记忆。为了使 IP 地址更易于理解，人们就将每个八 位字节表示为其十进制数值，并以小数点或句号加以分隔。这称为点 分十进制记法。
4.2.3 IP地址类和默认子网掩码
1. 2. IP 地址和子网掩码共同确定了 IP 地址中代表网络地址的部分和代表主机地址的部分。 IP 地址划分为 5 类。A 类、B 类和 C 类是商业类地址，可分配给主机。D 类保留供组播 使用，而 E 类则用于实验用途。 C 类地址使用三个八位字节表示网络部分，一个表示主机。默认子网掩码为 24 位 (255.255.255.0)。C 类地址通常分配给小型网络。 B 类地址使用两个八位字节代表网络部分，另两个代表主机。默认子网掩码为 16 位 (255.255.0.0)。这些地址一般用于中型网络。 A 类地址仅以一个八位字节代表网络部分，其余三个代表主机。默认子网掩码为 8 位 (255.0.0.0)。这些地址一般分配给大型组织。 通过首个八位字节的值，就可以确定地址的类别。举例而言，如果 IP 地址的首个八位字 节的值介于 192 和 223 之间，它就应该归为 C 类地址。例如，200.14.193.67 就是 C 类地址。
4.1.5 IP地址的结构
4.2.1 IP地址的组成部分
32 位逻辑 IP 地址具有层次 性，由两个部分组成。第一部分 标识网络，第二部分则标识网络 中的主机。这两部分在 IP 地址 中缺一不可。
以 IP 地址192.168.18.57 的主机为例，前三个八位字节 (192.168.18) 标识该地址的网络 部分，最后一个八位字节 (57) 标 识主机。这称为分层寻址 — 网 络部分表明了每个唯一的主机地 址位于哪个网络中。路由器只需 知道如何到达每个网络，而不需 要知道每台主机的位置。
4.3.2 广播
广播
1. 发送广播时，数据包以主机部分 全部为一 (1) 的地址作为目的 IP 地 址。这表示本地网络（广播域）中的 所有主机都将接收和查看该数据包。 ARP 和 DHCP 等许多网络协议都使 用广播。 2. C 类网络 192.168.1.0 的默认 子网掩码为 255.255.255.0，其广 播地址为 192.168.1.255。主机部 分为十进制数值 255 或二进制数值 11111111（全部为 1）。 3. B 类网络 172.16.0.0 的默认子 网掩码为 255.255.0.0，其广播地 址为 172.16.255.255。 4. A 类网络 10.0.0.0 的默认子网 掩码为 255.0.0.0，其广播地址为 10.255.255.255。 5. 网络的广播 IP 地址需要在以太 网帧中包含相应的广播 MAC 地址。 在以太网中，广播 MAC 地址长 48 位，全部为一，以十六进制显示时则 为 FF-FF-FF-FF-FF-FF。
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4.2.4 IP地址类和默认子网掩码
4.2.5 公有和私有IP地址
直接连接到 Internet 的所有主机都需要唯 一的公有 IP 地址。由于可用的 32 位地址数量 有限，因此存在 IP 地址分配殆尽的风险。解决 此问题的一个办法是保留一些私有地址，仅供 组织在内部使用。这样，组织内部的主机无需 唯一的公有 IP 地址就能够相互通信。 RFC 1918 标准在 A、B 和 C 类每个类别 中都保留数个地址范围。如表所示，这些私有 地址范围包含一个 A 类网络、16 个 B 类网络 和 256 个 C 类网络。这为网络管理员分配内 部地址提供了极大的灵活性。 1. 规模非常大的网络可以使用 A 类私有网络， 可容纳 1600 万以上的私有地址。 2. 中型网络可以使用 B 类私有网络，提供的 地址超过 65,000 个。
分层网络的另一个例子是电 话系统。电话号码中的国家代码、 地区代码和交换局代表网络地址， 而其余的数字则代表本地的电话 号码。
4.2.2 IP地址与子网掩码
1. 每个 IP 地址都有两个部分。主机如 何知道哪个部分是网络，哪个部分是主 机？这项工作由子网掩码负责。
2. 在配置 IP 主机时，要随 IP 地址设 置子网掩码。与 IP 地址一样，子网掩 码的长度也是 32 位。子网掩码用于表 明 IP 地址的哪一部分代表网络，哪一 部分代表主机。 3. 子网掩码从左至右依次与 IP 地址逐 位对比。子网掩码中的 1 代表网络部分； 而 0 则代表主机部分。在示例中，前三 个八位字节代表网络，最后一个八位字 节代表主机。 4. 当主机发送数据包时，会拿子网掩 码与自身 IP 地址和目的 IP 地址进行比 较。如果网络部分的各个位相符，表示 源主机和目的主机位于同一网络中，因 此数据包只需在本地传送。 如果不相符， 则发送方主机会将数据包转发到本地路 由器接口，再由其转发到其它网络。
3. 32 位 IP 地址由网际协议第 4 版 (IPv4) 定义，它是目前 Internet 上最为通用的 IP 地址形式。使用 32 位地址分配方案可产生超过 40 亿个 IP 地址。
4.1.3 IP地址的结构
4.1.4 IP地址的结构
1. 当主机接收到 IP 地址时，它看到的就是网卡接收到的 32 位二进制 数值。而另一方面，人们需要将这些 32 位二进制数值转换为十进制表 示的四个八位字节。每个八位字节有 8 个位，每个位都有一个值。这 些八位字节具有相同的取值范围。其中，最右边一位的值为 1，其它各 位的值从右至左分别为 2、4、8、16、32、64 和 128。 2. 通过累加二进制值为 1 的所有位的值，就可以确定一个八位字节的 数值。 3. 如果某个位的二进制值为 0，则不计入该位的值。 4. 如果所有 8 个位均为 0，则此八位字节（00000000）的数值为 0。 5. 如果 8 个位全为 1，则此八位字节（11111111）的数值为 255 (128+64+32+16+8+4+2+1)。 6. 如果是 8 位混合数值，如 00100111，该八位字节的数值为 39 (32+4+2+1)。 7. 由此可见，在四个八位字节中，每一个数值的范围都是从最小值 0 到最大值 255。
• 了解NAT
本章内容
• 4.1 IP地址的作用
• 4.2 IP地址的结构
• 4.3 单播 广播 组播
• 4.4 网络地址分配
4.1.1 IP地址的作用
主机需要 IP 地址才能加入 Internet。 IP 地址是用于标识特定主机的逻辑网址。 为了与 Internet 上的其它设备进行通信， 它必须配置正确并且唯一。
由于私有地址只在本地网 络中可见，外部人员无法直 接访问私有 IP 地址，因此使 用它们可以作为一种安全措 施。 还有一些私有地址可用于 进行设备的诊断测试。此类 私有地址称为环回地址。A 类 127.0.0.0 网络就是保留 用作环回地址的。
4.2.7 子网掩码
• 要通过子网划分来创建分层设计，关键是对子网掩码的结构有 着清晰的了解。 • 子网掩码指示主机是否位于同一网络中。子网掩码是 32 位的 值，用于区分网络位和主机位。它由一串字符 1 后跟一串字符 0 组成。值为 1 的位代表网络部分，为 0 的位代表主机部分。 • A 类地址使用默认子网掩码 255.0.0.0（若采用斜线记法，则 是 /8） • B 类地址使用默认掩码 255.255.0.0（即 /16） • C 类地址使用默认掩码 255.255.255.0（即 /24） • /x 表示子网掩码中代表地址网络部分的位数。
4.2.12 基本子网划分过程
4.3.1 单播 广播 组播
除了地址类别外，我们 还将 IP 地址归类为单播、 广播或组播。主机可以使用 IP 地址进行一对一（单 播）、一对多（组播）或一 对所有（广播）通信。
单播
1. 单播地址是 IP 网络中 最常见的类型。含单播目的 地址的数据包，其预定的接 收方是特定的主机。例如： IP 地址为 192.168.1.5 （源地址）的主机向 IP 地 址为 192.168.1.200（目 的地址）的服务器请求网页。 2. 要传送和接收单播数据 包，目的 IP 地址必须包含 于 IP 包报头中。相应的目 的 MAC 地址也必须出现于 以太网帧报头中。只有 IP 地址和 MAC 地址相结合。 才能将数据传送到特定的目 的主机。